日前，在2024量子科技和产业大会开幕式上，中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟分享了量子信息科技发展的现状与展望。
其中对于量子计算，潘建伟将其分为三个阶段：
第一阶段是实现“量子计算优越性”（也有翻译为“量子霸权”）。谷歌公司于2019年率先宣布实现，基于53量子比特超导量子计算系统“悬铃木”求解随机线路采样问题，耗时约200秒，而当时最快的超级计算机需耗时1万年。不过，最新的张量网络算法，使得超级计算机可以在20秒内完成当时的计算任务，实现对悬铃木的反超。
国内来看，中国科学技术大学于2020年推出的光量子计算机“九章”，采用76个光子，对比当时最新的经典算法，处理高斯玻色取样问题比超级计算机“富岳”，快了10万倍，是首个被严格证明的量子计算优越性。2021年，“九章2号”再接再厉，采用113个光子，超越超级计算机100亿倍；2023年，采用255个光子的“九章3号”，超越超级计算机亿亿倍。
此外，2021年中国科学技术大学研制的66超导量子比特的超导量子计算机“祖冲之2号”，实现随机线路取样问题的快速求解，比最快的超级计算机快10万倍，计算复杂度比悬铃木高出6个数量级。这使得我国成为首个在两种物理体系中均达到量子计算优越性里程碑的国家。
不过潘建伟也补充，谷歌今年最新取得的进展，已经实现了反超。谷歌研究团队在最新Nature论文中介绍，67量子比特的超导量子计算机Sycamore在随机电路采样实验中，噪声降低至某阈值以下时，实现量子霸权，性能超过最新超级计算机1万倍。
据量子大观了解，上述量子计算机应用在特定领域，仍无法执行普通计算机的典型操作，比如存储照片、发电子邮件等常用的简单操作。
第二阶段即当前阶段，主要任务是研制专用量子计算模拟机，用于解决经典计算无法胜任的若干科学问题，如量子化学、高温超导机理、拓扑物态等。
目前已经取得了一系列进展：相干合成超冷三原子分子，揭示超冷化学反应过程；首次实现光子的分数量子反常霍尔态，人工合成拓扑物态；300离子量子模拟器，实现可调耦合的长程横场伊辛模型的量子模拟；“天元”超冷原子量子模拟机，验证高温超导理论反铁磁相变……
第三阶段是未来10到15年，实现通用容错量子计算机。在量子纠错的辅助下，相干操纵至少百万量子比特，用于解决经典密码破解、人工智能、材料设计、气象预报、生物制药等领域的计算难题。潘建伟提到，拓扑量子具有天然容错性，目前国际上正在努力实现拓扑量子比特。
展望未来，谷歌和IBM、英国和法国政府都提出了在2035年前后实现100万个量子比特相干操纵的目标。“我国正在编制的国家量子科技相关规划中，也提出了同样的目标。”潘建伟透露。
从节奏上看，未来3到5年，实现数百至上千个量子比特的相干操纵，解决量子化学、新材料设计、优化算法等问题，实现可扩展的量子纠错；未来10到15年，在量子纠错的基础上，实现具备基本功能的通用容错量子计算机，探索密码分析、大数据分析等应用。
文章头图由“智谱清言”绘制而成。
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